物理人教版（2019）选择性必修第二册2.2 法拉第电磁感应定律（共44张ppt）

(共44张PPT)
2.2法拉第电磁感应定律
第一课时
问题1：产生感应电流的条件是什么？
（1）闭合电路
（2）磁通量变化
问题2：楞次定律的内容是什么
感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流磁通量的变化.
即增反减同、来拒去留、增缩减扩.
问题4：乙图中？相当于电源
甲
N
S
G
乙
产生电动势的那部分导体相当于电源，有电动势
问题3、电路中产生持续电流的条件是么？
电路闭合，有电源。
问题5：如果电路不闭合的，电路中就没有电流，电源的电动势是否还存在呢？
存在
总结：不论电路是否闭合，只要穿过电路的磁通量发生变化，电路中就有感应电动势
一 感应电动势
螺线管为电源
等效电路
1、定义：
说明
①电路闭合时有感应电动势，感应电流。
②电路断开时有感应电动势，但无感应电流。
（1）产生感应电动势的那部分导体相当于电源
（2）产生条件：穿过电路的磁通量发生变化
在电磁感应现象中产生的电动势。
N
S
G
乙
感应电动势的大小跟哪些因素有关？
穿过线圈的磁通量变化越快感应电流越大
感应电动势的大小跟哪些因素有关？
穿过线圈的磁通量变化越快感应电流越大
二 法拉第电磁感应定律
闭合电路中感应电动势的大小，跟穿过这一电路的磁通量的变化率成正比。
1.内容:
2.公式:
n为线圈的匝数
3.适用条件：
一切电路（平均值）
问题1：磁通量大,磁通量变化一定大吗
问题2：磁通量变化大,磁通量的变化率一定大吗
1.当B、θ不变， △φ仅由S变化引起时, ΔS＝S2-S1
公式：E=nB
△S
△t
公式：E=nS
△B
△t
应用:用公式 常见情况：（磁通量--垂直面积）
2.当S、θ不变，△φ仅由B变化引起时, ΔB＝ B2-B1
由于磁感应强度变化而产生的电动势叫感生电动势
例1.一个200匝、面积为20cm 的线圈，放在磁场中，磁场的方向与线圈平面成30°角，若磁感应强度在0.05s内由0.1T增加到0.5T，在此过程中磁通量变化了多少 磁通量的平均变化率是多少？线圈中感应电动势的大小是多少？
解析∶磁通量的变化是由磁场的变化引起的，由△φ=△BSsinθ得，△φ=(0.5-0.1)×20×10-4×0.5 Wb=4×10-4 Wb
磁通量的平均变化率
感应电动势的大小可根据法拉第电磁感应定律计算，
a
b
× × × × × × × × × × × ×
× × × × × × × × × × × ×
G
a
b
v
回路在时间t内变化的面积为：
ΔS=LvΔt
产生的感应电动势为：
穿过回路的磁通量的变化：
ΔΦ=BΔS
=BLvΔt
（V是相对于磁场的速度）
如图所示闭合线框一部分导体ab长L,处于匀强磁场中，磁感应强度是B，ab以速度v匀速切割磁感线，求产生的感应电动势
三、导体切割磁感线时的感应电动势
导体棒的哪端电势比较高
a高
三、导体切割磁感线时的感应电动势
适用条件：（1）匀强磁场中
（2）导线L、B、v两两垂直时
（θ为v与B夹角）
θ
v
B
V1
V2
若导体运动方向跟磁感应强度方向有夹角(导体斜切磁感线)
θ为v与B夹角
1、表达式：
2．对公式E＝Blvsinθ的理解
(1)如果是n匝线框的一边在磁场中切割磁感线，则有E＝nBlvsinθ
(2)速度v为瞬时值,E就为瞬时电动势;速度v为平均值,E就为平均电动势.
(3)当B、l、v三个量方向相互垂直时，E＝Blv；当有任意两个量的方向平行时，E＝0。
(4)式中的l应理解为导体切割磁感线时的有效长度。导体切割磁感线的情况应取与B和v垂直的等效直线长度，即ab的长度。
当闭合回路中的导体切割磁感线运动时，电路中产生感应电动势，非静电力是什么？它是如何将其它形式的能转化为电能的
v0
M
N
× × × ××
× × × ××
× × × ××
× × × ××
× × × ××
R
四、导体切割磁感线时的能量转化
①导体棒以v1向右运动，洛伦兹力F1什么方向？
②正电荷向什么方向运动？
③以v2向上运动，受不受洛伦兹力？
F1=qv1B，向上
设自由电荷为正电荷
正电荷除了向右运动，还要向上运动
受洛伦兹力 F2=qv2B，向左
× × × × B
× × × ×
× × × ×
× × × ×
× × × ×
v1
F1=qv1B
v2
F2=qv2B
－－
＋＋
电磁感应现象中的洛伦兹力：
④F1、F2各做什么功？
F1做正功、F2做负功，
洛伦兹力永远不做功
F洛
v
做功代数和为0.
F电
②当F1=F电场时，自由电荷不再做定向移动。
③CD　棒相当于电源，
C端电势高，C相当于电源正极。
由于导体运动而产生的电动势叫动生电动势
问题2:导体棒一直运动下去，自由电荷是否
会沿着导体棒一直运动下去
问题3：导体棒的哪端电势比较高
洛伦兹力在整个能量转化的过程中起什么作用？
洛伦兹力的沿杆分力f1：扮演了非静电力，其做了多少正功，就转化出了多少电能。
洛伦兹力的垂直杆分力 f2 ：宏观表现为安培力，通过计算克服安培力做了多少功，也可知道产生了多少电能。
即外力克服洛伦兹力的一个分量 所做的功，通过另一个分量 转化为感应电流的能量
洛伦兹力不做功，不提供能量，只是起传递能量的作用
f1
作业
1试卷：楞次定律练习题（周一上交）
法拉第电磁感应定律（周一部分题进行评讲）
2作业本（一次）（周一暂时不交）
课本P17 问题与练习2
试卷法拉第电磁感应P2题型三 2如图15所示
2.2 法拉第电磁感应定律
第二课时
【学习目标】
1、会计算导体棒转动切割和线圈绕垂直于磁场的轴转动时的感应电动势。
2、知道感应电动势的产生遵循能量转化与守恒。
3、会分析电路结构，求电源的电动势。
4、会求电路电流、外电压和电荷量。
求平均感应电动势
△t近于0时，E为瞬时感应电动势
求平均感应电动势,v是平均速度
求瞬时感应电动势，v是瞬时速度
1、感应电动势的有无取决于:
磁通量是否变化
3、感应电动势的方向判断方法：
楞次定律或右手定则
2、感应电动势E大小的求解:
4、闭合电路欧姆定律： ，
电路中通过某一横截面的电荷量q= 。
温故而知新：
I=
It
感生电动势
动生电动势
× × × × × × × × × × × × × × ×
O
A
L
3.转动切割
如图所示，导体棒长为L，磁感应强度为B,垂直于纸面向里。以O为圆心转动，角速度ω，求E。
v
由于棒上各点的速度随着距离O点的距离均匀变化，所以可以用O、A两点的平均速度代替棒运动的速度求解。
右手定则：φA>φO
× × × × × × × × × ×
二、导线切割磁感线时的感应电动势
3.转动切割
如图所示，导体棒长为L，磁感应强度为B,垂直于纸面向里。
× × × × × × × × × × × × × × ×
× × × × × × × × × ×
拓展：
棒以O1为圆心转动，O1为三等分点，求E。
A
v
v
O1
●
O
二、导线切割磁感线时的感应电动势
4.线圈绕垂直于磁场的轴转动，线圈匝数n，求E。
（1）线圈处于如图所示位置
二、导线切割磁感线时的感应电动势
4.线圈绕垂直于磁场的轴转动，线圈匝数n，求E。
（2）当线圈转过θ 时，电动势
二、导线切割磁感线时的感应电动势
4.线圈绕垂直于磁场的轴转动，线圈匝数n，求E。
（3）线圈以图示情形运动时
B
L
ω
O'
O
l1
l2
E1
E2
线圈以此位置为初始位置，经过时间t,转过角度ωt时：
1、适用于线圈绕垂直于磁场的轴的转动，与轴的位置无关。
2、与线圈平面形状无关
3、线圈从平行于磁场的位置开始计时
二、导线切割磁感线时的感应电动势
E＝BLv
适用范围
普遍适用
磁场变化：
面积变化：
S：垂直磁场的有效面积
导体切割磁感线运动
回路中产生的感应电动势
相互垂直
某部分导体电动势
研究对象
物理意义
Δt：某一段时间
平均感应电动势
v：瞬时速度
瞬时感应电动势
v
ΔΦ=0
E＝BLv≠0
→0
瞬时
E＝BLv
↓
平均速度
平均
三、电磁感应中的电路问题
1.内电路和外电路
(1)切割磁感线运动的导体或磁通量发生变化的线圈都相当于 。
(2) 该部分导体的电阻或线圈的电阻相当于电源的 ，其余部分是 。
(3)感应电动势的方向即为 ，
判断方法： 。
感应电流的方向：在外电路，电流从 极流向 极；
在内电路，电流从 极流向 极．
2 .电源电动势和路端电压
(1)电动势:E= 或E = .
(2)路端电压: 或 。
电源
内阻
外电阻
Blvsinθ
U = E-Ir
正
负
电源内感应电流的方向
楞次定律或右手定则
正
负
从能量转化角度看动生电动势产生
设匀强磁场的磁感应强度为B，导体棒MN的长度为l，在水平外力作用下以速度v水平向右匀速运动，电阻值为R，不计其它电阻和摩擦。
B
v
N
M
R
① 导体棒产生感应电动势？回路中的感应电流？
感应电动势 E = Blv
感应电流
E
R
从能量转化角度看动生电动势产生
② 在时间 t 内，电路中产生多少电能？
B
v
N
M
R
E
R
W
电路中产生的电能
设匀强磁场的磁感应强度为B，导体棒MN的长度为l，在水平外力作用下以速度v水平向右匀速运动，电阻值为R，不计其它电阻和摩擦。
从能量转化角度看动生电动势产生
③ 导体棒受到的安培力的大小？方向？
安培力
与v反向
B
v
N
M
R
F安
E
R
设匀强磁场的磁感应强度为B，导体棒MN的长度为l，在水平外力作用下以速度v水平向右匀速运动，电阻值为R，不计其它电阻和摩擦。
从能量转化角度看动生电动势产生
④ 作用在导体棒上的外力F的大小？方向？
外力与v同向
B
v
N
M
R
F安
F
E
R
设匀强磁场的磁感应强度为B，导体棒MN的长度为l，在水平外力作用下以速度v水平向右匀速运动，电阻值为R，不计其它电阻和摩擦。
从能量转化角度看动生电动势产生
⑤ 在时间 t 内，外力F 做功？安培力做功？
外力做功
B
v
N
M
R
F安
F
E
R
安培力做功
设匀强磁场的磁感应强度为B，导体棒MN的长度为l，在水平外力作用下以速度v水平向右匀速运动，电阻值为R，不计其它电阻和摩擦。
从能量转化角度看动生电动势产生
⑥ 运动过程中，外力做功、安培力做功与电路中产生的电能有什么关系？
外力做功等于克服安培力做功，
等于电路中产生的电能。
遵循能量转化与守恒。
综合②⑤分析：
B
v
N
M
R
F安
F
E
R
设匀强磁场的磁感应强度为B，导体棒MN的长度为l，在水平外力作用下以速度v水平向右匀速运动，电阻值为R，不计其它电阻和摩擦。
1、如图所示，在磁感应强度为B的匀强磁场中，有半径为r的光滑半圆形导体框架。OC为一端绕O点在框架上滑动的导体棒，OA之间连一个阻值为R的电阻（其余电阻都不计），若使OC以角速度ω匀速转动。试求：
（1）图中哪部分相当于电源？
（2）感应电动势E为多少？
（3）流过电阻R的电流I为多少？
ω
A
B
C
R
O
（1）导体棒OC
（2）
（3）
针对训练
2、如图所示，水平面上有两根相距0.5m的足够长的平行金属导轨MN和PQ，它们的电阻可忽略不计，在M和P之间接有阻值为R的定值电阻，导体棒ab长L＝0.5m，其电阻为r，与导轨接触良好，整个装置处于方向竖直向上的匀强磁场中，磁感应强度B＝0.4T，现使ab以＝10m/s的速度向左做匀速运动. 求：
(1)ab中的感应电动势大小和方向
(2)若定值电阻R＝3.0Ω,导体棒的电阻r＝1.0Ω,则电路中的电流多大 (3)ab两端电压为多少？
针对训练
E
R
←
【解析】（1）ab中的感应电动势为：E＝Blv
代入数据得：E=2．0V 电动势的方向即为ab中电流方向为a→ b
（2）由闭合电路欧姆定律，回路中的电流
代入数据得：I＝0．5A
（3）ab两端电压即为电阻R两端电压： U=IR= 1.5v
3、如图所示，面积为0.2 m2的100匝线圈处在匀强磁场中，磁场方问垂直于线圈平面，已知磁感应强度随时间变化的规律为B=（2+0.2t）T，定值电阻R1=6Ω，线圈电阻R2=4Ω，
求：
（1）磁通量变化率，回路的感应电动势；
（2）ab两点间电压Uab
针对训练
解：（1）由题意可知，磁感应强度的变化率：
=0.2×0.2Wb/s=0.04Wb/s，
由法拉第电磁感应定律得感应电动势：
E=n=nS
=100×0.2×0.2=4V；
（2）由闭合电路的欧姆定律得电路电流：I==0.4A；
a、b两点间的电压：Uab=IR1=0.4×6=2.4V；
1、关于电路中感应电动势的大小,下列说法中正确的是(　　)
A.穿过线圈的磁通量越大,感应电动势越大
B.穿过线圈的磁通量为零,感应电动势一定为零
C.穿过线圈的磁通量变化越大,感应电动势越大
D.穿过线圈的磁通量变化越快,感应电动势越大
D
2、（多选）单匝矩形线圈在匀强磁场中匀速转动，若线圈所围面积里磁通量随时间变化的规律如图所示（正弦图象一部分），则（　　）
A.线圈中0时刻感应电动势为0
B.线圈中0时刻感应电动势最大
C.线圈中D时刻感应电动势为0
D.线圈中A时刻感应电动势大于B时刻感应电动势
斜率表示Φ的变化率
BCD
【例题1】如图甲所示的螺线管,匝数n=1500匝,横截面积S=20 cm2,方向向右穿过螺线管的匀强磁场的磁感应强度按图乙所示规律变化。则：
(1)2 s内穿过线圈的磁通量的变化量是多少
(2)磁通量的变化率多大
(3)线圈中感应电动势大小为多少
解析： (1)磁通量的变化量是由磁感应强度的变化引起的,则
ΔΦ=Φ2-Φ1=B2S-B1S=ΔBS,
所以ΔΦ=(6-2)×20×10-4 Wb=8×10-3 Wb
(2)磁通量的变化率为 Wb/s=4×10-3 Wb/s
(3)根据法拉第电磁感应定律得感应电动势的大小
E=n =1 500×4×10-3V=6.0 V
【例题2】如图所示，有一夹角为θ的金属角架，角架所围区域内存在匀强磁场，磁场的磁感强度为B，方向与角架所在平面垂直，一段直导线ab，从角顶c贴着角架以速度v向右匀速运动。求：
(1)t时刻角架中的瞬时感应电动势；
(2)t时间内角架的平均感应电动势。
导线ab从顶点c向右匀速运动，切割磁感线的有效长度de随时间变化，设经时间t，ab运动到de的位置，则
de＝cetanθ＝vt·tanθ
解析：
(1)t时刻的瞬时感应电动势为：
E＝BLv＝Bv2tanθ·t
(2)t时间内平均感应电动势为：